本申請一般涉及用于內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的渦輪增壓器，且更特別地涉及排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器，其在用于渦輪機(jī)的噴嘴中具有可變?nèi)~片組件以便調(diào)節(jié)流入渦輪機(jī)中的排氣流。

背景技術(shù)：

排氣驅(qū)動(dòng)的渦輪增壓器利用渦輪機(jī)抽取來自內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣流中的功率并用該功率驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)以便提高供應(yīng)到汽缸的空氣的壓力。因?yàn)閷υ鰤旱某潭冗M(jìn)行控制常常是所需的，所以通常利用渦輪機(jī)中某種類型的可變幾何機(jī)構(gòu)以用于調(diào)節(jié)流到渦輪機(jī)輪的排氣的流量。一種類型的可變幾何機(jī)構(gòu)利用設(shè)置在渦輪機(jī)噴嘴中的可移動(dòng)葉片陣列，排氣穿過所述渦輪機(jī)噴嘴被送到渦輪機(jī)輪。葉片可圍繞各自的樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)以便改變有效的流動(dòng)面積和用于排氣流流入渦輪機(jī)輪中的流向。

在一些這種可變?nèi)~片組件中，葉片樞轉(zhuǎn)地安裝到形成渦輪機(jī)噴嘴的一個(gè)壁的噴嘴環(huán)。噴嘴的相對壁有時(shí)通過渦輪機(jī)殼體自身形成，或可替換地可通過管或插入件形成，所述管或插入件單獨(dú)由渦輪機(jī)殼體形成并安裝在渦輪機(jī)殼體中。本公開主要涉及后一種類型的可變?nèi)~片組件。

VNT渦輪增壓器通常在空氣動(dòng)力方面被確定尺寸，以允許全部的發(fā)動(dòng)機(jī)排氣流穿過渦輪增壓器渦輪機(jī)級(jí)。為了阻止超增壓問題（過多的增壓壓力和/或過多的渦輪增壓器軸桿速度），渦輪機(jī)級(jí)必須比用于最佳的操作條件所需的情況較大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開描述渦輪增壓器可變?nèi)~片組件，其具有用于允許排氣在高流量條件下繞過渦輪機(jī)輪的特征。本文所述的組件結(jié)合VNT渦輪增壓器的可變噴嘴功能和單一運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)中的旋轉(zhuǎn)旁通設(shè)備的旁通容量。

根據(jù)本文所公開的一個(gè)實(shí)施例，渦輪增壓器包括壓縮機(jī)，其包括壓縮機(jī)殼體和設(shè)置在壓縮機(jī)殼體中的壓縮機(jī)輪，渦輪機(jī)殼體，其限定穿過渦輪機(jī)殼體軸向延伸的孔并限定排氣入口和經(jīng)由排氣入口接收排氣的環(huán)形蝸殼，所述蝸殼圍繞孔周向延伸，以及渦輪機(jī)輪，其設(shè)置在渦輪機(jī)殼體內(nèi)且被布置以用于從蝸殼接收排氣并使排氣膨脹且將排氣排到孔中，所述壓縮機(jī)輪和所述渦輪機(jī)輪貼附到軸桿的相對端。

渦輪機(jī)包括從蝸殼大體徑向向內(nèi)延伸到渦輪機(jī)輪的渦輪機(jī)噴嘴，所述渦輪機(jī)噴嘴被限定在第一壁和與第一壁軸向隔開的第二壁之間。

渦輪增壓器還包括可變?nèi)~片組件，其包括固定的噴嘴環(huán)和多個(gè)周向隔開的葉片，其旋轉(zhuǎn)式安裝在噴嘴環(huán)上以使得葉片每個(gè)圍繞各自的葉片樞轉(zhuǎn)軸線可旋轉(zhuǎn)，所述噴嘴環(huán)限定渦輪機(jī)噴嘴的第一壁。每個(gè)葉片包括設(shè)置在噴嘴中的翼型段和剛性地附接到鄰近噴嘴環(huán)的翼型段的第一端并從所述第一端突出的軸，所述軸被接收在噴嘴環(huán)中的孔洞內(nèi)以使得軸在孔洞內(nèi)可旋轉(zhuǎn)以用于葉片的樞轉(zhuǎn)。

管或插入件具有密封地被接收到渦輪機(jī)殼體的孔中的管狀管段和從管段的一端大體徑向向外延伸的管凸緣，所述管凸緣形成渦輪機(jī)噴嘴的第二壁并與噴嘴環(huán)軸向隔開以使得葉片在噴嘴環(huán)和管凸緣之間延伸。

每個(gè)葉片包括剛性地貼附到翼型段的第二端的盤形段，所述盤形段設(shè)置成抵靠插入件的管凸緣的面。每個(gè)盤形段具有穿過其軸向延伸（即，在葉片樞轉(zhuǎn)軸線的方向上）的多個(gè)穿孔。插入件的管凸緣具有用于葉片的每個(gè)盤形段的相應(yīng)數(shù)量的孔洞，所述孔洞被定位以使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)每個(gè)葉片時(shí)，盤形段中的穿孔和插入件的管凸緣中的孔洞對準(zhǔn)。穿孔和孔洞的定位是這樣的以使得兩個(gè)特征僅從葉片的大約半打開位置到完全打開位置對準(zhǔn)。這允許過多的氣流被渦輪機(jī)級(jí)容納。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)盤形段穿孔和管凸緣孔洞對準(zhǔn)時(shí)，排氣從渦輪機(jī)殼體蝸殼穿過對準(zhǔn)的穿孔和孔洞，從與葉片相對的管凸緣的一側(cè)流動(dòng)，并在基本正交于流經(jīng)葉片的排氣流的方向上進(jìn)入渦輪機(jī)噴嘴中。這中斷流經(jīng)葉片的氣流并降低渦輪機(jī)級(jí)效率，從而反過來降低軸桿速度并限制增壓壓力。

在另一實(shí)施例中，存在插入件的管段和管凸緣之間附接的額外的密封護(hù)罩部件以便形成與管凸緣中的孔洞連通的基本密封的室。插入件的管段包括在密封室和渦輪機(jī)輪下游的渦輪機(jī)殼體孔之間提供連通的大體徑向孔洞。因此，當(dāng)盤形段穿孔和管凸緣孔洞對準(zhǔn)時(shí)，流經(jīng)噴嘴的一部分排氣可穿過對準(zhǔn)的穿孔和孔洞進(jìn)入密封室中，且然后從密封室穿過徑向孔洞進(jìn)入孔中。這降低流經(jīng)渦輪機(jī)輪的氣流，從而反過來降低軸桿速度并限制增壓壓力。

附圖說明

已經(jīng)概括地描述了本公開，現(xiàn)在參考附圖，所述附圖不一定按比例繪制，且其中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的渦輪增壓器的截面圖；

圖2是在圖1的渦輪增壓器中使用的可變?nèi)~片組件的透視圖；

圖3類似于圖2，但護(hù)罩部件從可變?nèi)~片組件中移除以示出內(nèi)部細(xì)節(jié)；

圖4A是在圖2的可變?nèi)~片組件中使用的葉片、軸，和臂組件的透視圖；

圖4B是圖4A的葉片、軸，和臂組件的另一透視圖；

圖4C是圖4A的葉片、軸，和臂組件的端視圖；

圖5是圖2的可變?nèi)~片組件的軸向截面圖；

圖6是圖2的可變?nèi)~片組件的軸向端視圖，但護(hù)罩部件被移除以示出內(nèi)部細(xì)節(jié)；

圖7是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的可變?nèi)~片組件的軸向截面圖；

圖8是根據(jù)第二實(shí)施例的可變?nèi)~片組件的透視圖。

具體實(shí)施方式

參考上述附圖，現(xiàn)在將更全面詳細(xì)描述本公開，所述附圖描述本公開所屬的本發(fā)明的一些實(shí)施例而不是所有實(shí)施例。這些發(fā)明可以各種形式實(shí)施，包括本文沒有明確描述的形式，且不應(yīng)被解釋為受限于本文所述的特定示例性實(shí)施例。在下面描述中，相似的數(shù)字在全文中指相似的元件。

圖1示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的渦輪增壓器10。渦輪增壓器包括具有壓縮機(jī)輪的壓縮機(jī)12或安裝在可旋轉(zhuǎn)軸桿18的一端上的壓縮機(jī)殼體16中的葉輪14。軸桿在軸承（沒有具體示出）中被支撐，所述軸承安裝在渦輪增壓器的中心殼體20中。軸桿18通過安裝在來自壓縮機(jī)輪的軸桿18的另一端上的渦輪機(jī)輪22旋轉(zhuǎn)，從而旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)輪，這壓縮通過壓縮機(jī)入口被吸入的空氣并輸送壓縮空氣到內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)（未示出）的入口以用于提高發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

渦輪增壓器還包括容納渦輪機(jī)輪22的渦輪機(jī)殼體24。渦輪機(jī)殼體限定大體環(huán)形蝸殼26，其包圍渦輪機(jī)輪并從內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)接收排氣以用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)輪。排氣從蝸殼26大體徑向向內(nèi)穿過渦輪機(jī)噴嘴28引導(dǎo)到渦輪機(jī)輪22。當(dāng)排氣流經(jīng)渦輪機(jī)輪的葉片30之間的通道時(shí)，氣體膨脹到較低壓力，且從輪排出的氣體穿過其中的大體軸向孔32離開渦輪機(jī)殼體。

渦輪機(jī)噴嘴28是可變噴嘴，其用于改變穿過噴嘴的截面流動(dòng)面積以便調(diào)節(jié)流入渦輪機(jī)輪中的流量。噴嘴包括圍繞噴嘴周向隔開的多個(gè)葉片34。參考圖1和圖4A至圖4C，每個(gè)葉片貼附到穿過大體環(huán)形噴嘴環(huán)38中的孔隙的軸35，所述噴嘴環(huán)38相對于渦輪機(jī)輪22共軸安裝。每個(gè)軸35圍繞其軸線可旋轉(zhuǎn)以用于旋轉(zhuǎn)附接的葉片。噴嘴環(huán)38形成噴嘴28的流道的一個(gè)壁。軸的每個(gè)具有貼附到軸的末端的葉片臂40，所述軸的末端從噴嘴環(huán)38向外突出并通過大體環(huán)形調(diào)和環(huán)42（也稱為致動(dòng)器環(huán)）接合，所述調(diào)和環(huán)42圍繞其軸線可旋轉(zhuǎn)并與噴嘴環(huán)38共軸。致動(dòng)器（未示出）連接到調(diào)和環(huán)42以用于圍繞調(diào)和環(huán)的軸線旋轉(zhuǎn)調(diào)和環(huán)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)調(diào)和環(huán)42時(shí)，葉片臂40被旋轉(zhuǎn)以引起軸35圍繞它們的軸線旋轉(zhuǎn)，從而旋轉(zhuǎn)葉片34以便改變穿過噴嘴28的截面流動(dòng)面積。

在所示實(shí)施例中，可變?nèi)~片機(jī)構(gòu)以筒體50的形式提供，所述筒體50可安裝到作為單元的渦輪機(jī)增壓器中且可從所述渦輪增壓器中移除。圖2中單獨(dú)示出的筒體50包括噴嘴環(huán)38、葉片34、軸35、葉片臂40，和調(diào)和環(huán)42。筒體還包括管或插入件52，其具有密封地被接收到渦輪機(jī)殼體的孔32的一部分32a中的管段54和從管段54的一端大體徑向向外延伸的管凸緣56，所述管凸緣56與噴嘴環(huán)38軸向隔開以使得葉片34在噴嘴環(huán)38和管凸緣56之間延伸。渦輪機(jī)殼體的孔部分32a具有一半徑，該半徑以略大于插入件52的管段54的徑向厚度的量超過其余的孔32的半徑。管段54的徑向外表面具有至少一個(gè)周向凹槽，其中密封環(huán)（未示出）被保持以用于密封地接合孔部分32a的內(nèi)表面。有利地，插入件的管段54的外直徑略小于孔部分32a的內(nèi)直徑，以使得微小的間隙被限定其間，且僅密封環(huán)與孔部分32a的內(nèi)表面接觸。此外，在管段54的末端和孔部分32a的末端處的渦輪機(jī)殼體的鄰近的末端之間存在間隙60。這樣，插入件52與渦輪機(jī)殼體24斷開機(jī)械聯(lián)接并斷開熱聯(lián)接。

進(jìn)一步參考圖2，多個(gè)墊片57在插入件52的管凸緣和噴嘴環(huán)38之間連接以用于固定噴嘴環(huán)到插入件并維持插入件的管凸緣和噴嘴環(huán)之間所需的軸向間距。有利地，墊片由具有良好的高溫機(jī)械特性和相對低的熱導(dǎo)率的材料形成，諸如不銹鋼（例如，310級(jí)不銹鋼）或等等，以使得噴嘴環(huán)38和插入件52彼此有效地?cái)嚅_熱聯(lián)接。

可變?nèi)~片筒體50還包括被夾在中心殼體20和渦輪機(jī)殼體24之間的大體環(huán)形固定環(huán)64（圖1）。固定環(huán)64形成為與插入件52分離的部分且與插入件斷開機(jī)械聯(lián)接并斷開熱聯(lián)接。更具體地，固定環(huán)包括環(huán)形環(huán)，其在其徑向內(nèi)側(cè)處具有環(huán)形的徑向向內(nèi)延伸的突出，其接合面朝插入件52的噴嘴環(huán)38的表面。突出和噴嘴環(huán)38之間的接合優(yōu)選沿噴嘴環(huán)的完整的360o圓周以便基本密封固定環(huán)和噴嘴環(huán)之間的接口并且有助于墊片限制相對于朝向插入件52的方向上的軸向移動(dòng)的噴嘴環(huán)。有利地，在固定環(huán)的內(nèi)周邊和噴嘴環(huán)的對立表面之間存在徑向間隙。該間隙容納噴嘴環(huán)相對于固定環(huán)的徑向移置，諸如通過差熱生長或其它原因可發(fā)生。此外，在固定環(huán)的外周邊和渦輪機(jī)殼體的對立表面之間存在徑向間隙。

筒體50還包括熱護(hù)罩80，當(dāng)筒體安裝到中心殼體上時(shí)，所述熱護(hù)罩80受約束地保持在噴嘴環(huán)38和中心殼體20之間。熱護(hù)罩80在噴嘴環(huán)和中心殼體之間提供密封以阻止熱排氣在這些部分之間遷移到葉片臂40和調(diào)和環(huán)42設(shè)置其中的空腔中。有利地，熱護(hù)罩80是有彈性的彈性材料，諸如彈簧鋼或等等，且護(hù)罩被配置以使得其在噴嘴環(huán)38和中心殼體20之間的軸向方向上被壓縮，以使得護(hù)罩的恢復(fù)力穩(wěn)穩(wěn)地推進(jìn)護(hù)罩緊貼噴嘴環(huán)和中心殼體的表面以基本緊貼這些表面密封。

參考圖2至圖5，且尤其參考圖4A和圖4B，每個(gè)葉片34包括設(shè)置在渦輪機(jī)噴嘴中的翼型段34a和剛性地附接到鄰近噴嘴環(huán)38的翼型段34a的第一端并從所述第一端突出的軸35。軸分別被接收到噴嘴環(huán)38內(nèi)的孔洞中以使得軸在孔洞內(nèi)可旋轉(zhuǎn)以用于葉片圍繞葉片樞轉(zhuǎn)軸線樞轉(zhuǎn)。每個(gè)葉片還包括剛性地貼附到翼型段34a的第二端的盤形段34a，所述盤形段設(shè)置成抵靠插入件的管凸緣56的面。每個(gè)盤形段具有穿過其軸向延伸的多個(gè)穿孔36。插入件的管凸緣56具有用于葉片的每個(gè)盤形段34d的相應(yīng)數(shù)量的孔洞59?？锥?9被定位以使得當(dāng)旋轉(zhuǎn)葉片34時(shí)，盤形段34d中的穿孔36和插入件的管凸緣56中的孔洞59在葉片的一些位置中對準(zhǔn)，從而允許排氣在噴嘴28和管凸緣56的與噴嘴相對的一側(cè)上的空間之間穿過。

具體地，在圖1至圖6的第一實(shí)施例中，可變?nèi)~片組件包括在管凸緣56和插入件的管段54之間附接的額外的密封護(hù)罩部件90，以便形成與管凸緣中的孔洞59連通的基本上密封的室92。插入件的管段54包括在密封室92和渦輪機(jī)輪22下游的渦輪機(jī)殼體孔32之間提供連通的徑向孔洞55。在下面的描述和權(quán)利要求中，參考徑向孔洞55的短語“渦輪機(jī)輪的下游”意指孔洞55位于渦輪機(jī)輪的喉部（即，最小流量面積部分）的下游。因此，孔洞55可為渦輪機(jī)輪的任一部分的下游，或孔洞可定位在如所示實(shí)施例中的輪的出口導(dǎo)風(fēng)輪處（比較圖1和圖5）。當(dāng)盤形段穿孔36和管凸緣孔洞59對準(zhǔn)時(shí)，流經(jīng)噴嘴28的一部分排氣可穿過對準(zhǔn)的穿孔和孔洞進(jìn)入密封室92中，且然后從密封室穿過徑向孔洞55進(jìn)入孔32中。這降低經(jīng)過渦輪機(jī)輪的排氣的流速，從而反過來降低軸桿速度并限制由渦輪增壓器的壓縮機(jī)提供的增壓壓力。

穿孔36和孔洞59可被定位以使得穿孔與孔洞從葉片34的大約半打開位置到完全打開位置對準(zhǔn)。葉片34的完全閉合位置對應(yīng)于穿過噴嘴28的最小流動(dòng)面積，完全打開位置對應(yīng)于穿過噴嘴的最大流動(dòng)面積，且半打開位置在完全閉合位置和完全打開位置之間的中間。因此，當(dāng)葉片在完全閉合和半打開位置之間時(shí)，基本上沒有排氣繞過渦輪機(jī)輪。當(dāng)葉片到達(dá)半打開位置時(shí)，一些排氣開始繞過渦輪機(jī)輪，且在越過半打開位置的某個(gè)點(diǎn)處，穿孔和孔洞完全對準(zhǔn)以最大化可用于排氣繞過渦輪機(jī)輪的旁通流面積。

圖7和圖8示出本發(fā)明的第二實(shí)施例。第二實(shí)施例基本類似于第一實(shí)施例，但以不同的方式操作。具體地，流經(jīng)對準(zhǔn)的穿孔36和孔洞59的排氣流的方向與第一實(shí)施例的相反。這是因?yàn)榈谝粚?shí)施例的護(hù)罩部件90在第二實(shí)施例中被省略。因此，管凸緣56的后側(cè)暴露于渦輪機(jī)蝸殼26中的排氣，且管凸緣的后側(cè)處的排氣基本滯留。結(jié)果，管凸緣56的后側(cè)上的排氣的靜壓比管凸緣的噴嘴側(cè)上的排氣的靜壓高，因?yàn)閲娮靷?cè)上的排氣穿過噴嘴28流到渦輪機(jī)輪。因此，當(dāng)盤形段穿孔36與管凸緣孔洞59對準(zhǔn)時(shí)，排氣從渦輪機(jī)殼體蝸殼26穿過對準(zhǔn)的穿孔和孔洞，從與噴嘴相對的管凸緣的后側(cè)流動(dòng)，且在基本正交于流經(jīng)葉片34的排氣的方向上進(jìn)入噴嘴28（圖7右到左），以便中斷流經(jīng)葉片的流量且因此引起渦輪機(jī)級(jí)效率降低。這反過來降低軸桿速度并限制由渦輪增壓器的壓縮機(jī)提供的增壓壓力。

基于本公開，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到在不偏離本文所述的發(fā)明構(gòu)思的情況下可做出本文所述的本發(fā)明的修改和其它實(shí)施例。本文所用的具體術(shù)語被采用以用于說明性目的而不是限制的目的。因此，本發(fā)明不限于公開的具體實(shí)施例，且修改和其它實(shí)施例旨在包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。